[發(fā)明專利]一種具有增壓裝置的管道壓力脈動(dòng)能量采集裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011200496.9
• 申請(qǐng)日: 2020-11-02
• 公開（公告）號(hào): CN112332699A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹東興;李曉光;申永軍;張偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué);石家莊鐵道大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N2/18
• 分類號(hào): H02N2/18;F03B13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種具有增壓裝置的管道壓力脈動(dòng)能量采集裝置，屬于水力發(fā)電及低功耗新能源技術(shù)領(lǐng)域。由增壓管道、主管道、底座、頂蓋、塑料薄膜、壓電疊堆、力學(xué)放大器、壓電框架和密封膠圈組成。增壓管道與主管道通過螺紋相連接，增壓管道與主管道之間安裝有密封膠圈，壓電疊堆粘貼在壓電框架上，并與力學(xué)放大器通過粘貼連接在一起，力學(xué)放大器通過螺柱固定在主管道上方。當(dāng)水流通過增壓管道時(shí)，會(huì)使管道壓力脈動(dòng)增加，壓力脈動(dòng)傳遞到塑料薄膜上，使之產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)通過力學(xué)放大器后傳遞到壓電疊堆上，使壓電疊堆產(chǎn)生形變，產(chǎn)生電能。本發(fā)明增大了管道壓力脈動(dòng)，放大由壓力脈動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)幅值，提高能量收集效率，裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本較低且易于推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明為一種基于管道水流壓力脈動(dòng)的水能俘獲裝置，可有效采集管道中的水能并轉(zhuǎn)化為電能，屬于水力發(fā)電及低功耗新能源技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著信息及電子技術(shù)的飛速發(fā)展,已有大量的無線傳感器產(chǎn)品問世,但無線傳感器的供能問題仍然是亟待解決的問題,現(xiàn)有的無線傳感器依然采用電池供電的傳統(tǒng)供能方式,而傳統(tǒng)供能方式存在電池壽命短、需要經(jīng)常更換等缺點(diǎn)。為克服傳統(tǒng)供能的缺點(diǎn),人們發(fā)現(xiàn)從環(huán)境中直接獲取能量、供能是一種很好的替代方法。收集技術(shù)形式多種多樣,這主要與其應(yīng)用環(huán)境和能量供給方式有關(guān),當(dāng)然不同的能量收集技術(shù)的供能水平也參差不齊，光能、熱能、風(fēng)能和生物組織的生化能等都是自供能的能量來源，但是這些能源都受到其環(huán)境和應(yīng)用場合的限制,并且能夠提供的能量都很低,很難滿足電子設(shè)備的功能要求。

振動(dòng)在環(huán)境中無處不在,與其他能量收集方式相比應(yīng)用范圍更廣泛。在流體管道中，壓力脈動(dòng)是一種不可避免的能量損失，壓力脈動(dòng)的產(chǎn)生是由于壓力泵或者流體管路中其他作動(dòng)器偏離最優(yōu)工況，導(dǎo)致局部區(qū)域內(nèi)壓力值圍繞額定壓力值成周期性的上下波動(dòng)。因此，為了對(duì)流體管道中的壓力脈動(dòng)進(jìn)行利用開發(fā)，需要一種用于收集管道壓力脈動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)能的能量采集裝置。

公開號(hào)為CN 107707151 A，標(biāo)題為“一種應(yīng)用于管道流體監(jiān)測(cè)的壓電俘能器”的發(fā)明公開了一種利用管道水流發(fā)電的壓電俘能裝置。該發(fā)明通過管道水流沖擊葉輪，使葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)永磁體轉(zhuǎn)動(dòng)，使壓電振子產(chǎn)生撓度，從而壓電片發(fā)生變形。該發(fā)明工藝簡單，成本低，但是葉輪兩側(cè)同時(shí)承受水流沖擊，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向不穩(wěn)定且不平衡，發(fā)電效果并不理想。

公開號(hào)為CN 110752776 A，標(biāo)題為“一種伸縮式管道流俘能器”的發(fā)明公開了一種利用管道水流發(fā)電的壓電俘能裝置。該發(fā)明利用彈簧的彈力與水流的沖擊力形成動(dòng)態(tài)平衡，利用凸輪使壓電片產(chǎn)生變形發(fā)電。該發(fā)明較容易達(dá)到平衡狀態(tài)，但達(dá)到平衡后不易產(chǎn)生振動(dòng)，壓電片變形量小，發(fā)電能力一般。

公開號(hào)為CN 107359819 A，標(biāo)題為“一種管道流俘能器”的發(fā)明公開了一種利用管道水流渦激振動(dòng)發(fā)電的壓電俘能裝置。該發(fā)明通過水流沖擊鈍體，使鈍體振動(dòng)，帶動(dòng)與鈍體相連的凸輪擺動(dòng)，進(jìn)而使壓電片產(chǎn)生彎曲，產(chǎn)生電能。但該發(fā)明在低流速時(shí)不易產(chǎn)生振動(dòng)，無法產(chǎn)生足夠的電能。

本發(fā)明與發(fā)明專利公開號(hào)為CN 107707151 A，公開號(hào)為CN 107707151 A，公開號(hào)為CN 107359819 A的本質(zhì)區(qū)別是：1.本發(fā)明具有增壓裝置，能增大管道水流壓力脈動(dòng)，增大壓電片的振動(dòng)幅值和頻率。2.本發(fā)明的發(fā)電裝置在管道外部，不占用管道內(nèi)部空間，不會(huì)對(duì)管道中的水流造成擾動(dòng)。3.本發(fā)明使用的力學(xué)放大器，能夠有效的將管道水流的壓力脈動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)轉(zhuǎn)換為作用在壓電疊堆上的激振力，進(jìn)而使壓電疊堆產(chǎn)生更大的變形，提高發(fā)電效率。

本發(fā)明為了克服以上缺點(diǎn)，提出一種能夠在水流管道中穩(wěn)定發(fā)電，有較長使用壽命，具有增壓功能且能夠使壓電疊堆發(fā)生大幅度振動(dòng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、方便快捷的水能俘獲裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是由于現(xiàn)有水能俘獲裝置存在工作環(huán)境不穩(wěn)定、裝置易損壞、發(fā)電量小、電壓輸出不穩(wěn)定及能量轉(zhuǎn)化效率低等技術(shù)缺陷，提出一種具有增壓裝置的管道壓力脈動(dòng)能量采集裝置。